（计算机应用技术专业论文）电容式混合动力汽车离线诊断系统的设计开发.pdf

独创性声明 瀚 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：韩，疲 9 吨年6 只| 日 学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密口。 学位论文作者签名： 稃，。蕴 2 叫年月7 日 指导教师签名：墨配 承i1 年( ) 月f i f i 江苏大学硕士学位论丈 摘要 与传统车辆相比，电容混合动力汽车由于增加了辅助动力装置及其控制系 统，整车结构变得更为复杂，车辆发生故障时对故障的判断和处理变得异常困难。 针对这种情况，需要为项目车辆开发故障诊断系统，实现对车辆的在线和离线故 障诊断操作。针对车辆离线故障诊断，存在多个协议体系可以参考，i s o 组织针 对c a n 总线制定的i s 0 1 5 7 6 5 协议是目前国际上最新的故障诊断协议。 本文在充分研究国内外相关领域文献和资料的基础上，结合国家8 6 3 重大专 项一“新型电容混合动力轿车整车产品研发”，依据i s o i 5 7 6 5 车辆故障诊断协 议，进行项目车辆离线故障诊断系统的设计丌发。 首先，简要介绍了汽车故障诊断技术的发展状况，以及故障诊断系统开发的 意义，对目前常用车辆故障诊断协议进行了分析和比较。 其次，详细描述了i s 0 1 5 7 6 5 协议中网络层和诊断应用层的功能和技术特点、 相互间的通信关系，介绍了u d s 诊断协议中每个诊断服务的格式及功能。 然后，分析电容混合动力汽车的故障诊断需求，进行系统的详细设计，完成 系统设计的基础上进行了系统的开发工作。在c o d e w a r r i o r 开发环境中依据 i s 0 15 7 6 5 协议进行诊断协议栈源码的开发，包括网络层协议源码、会话层协议 源码、诊断应用层协议源码。将实现的诊断协议源码与v c u ( v e h i c l e s c o n t r o l u n i t s ) 中的整车控制程序进行集成，并在v c u 中增加了f l a s h 编程模块用于执 行在线编程。基于m f c 开发了p c 机诊断软件，控制v c u 执行相应的诊断服务， 来读取故障代码、工况信息，更新v c u 中标定数据和控制程序。 最后，在实验室环境下与实际车辆上对实现的系统进行了功能测试和验证。 对论文中做的工作进行了总结，规划了课题下一步可开展的工作。 本文所实现的离线故障诊断系统已在项目车辆上进行使用，结果表明本系统 具备很强的稳定性和可靠性，可满足项目车辆的实际需求。 关键词：车辆故障诊断，诊断协议，整车控制器，设计开发 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lv e h i c l e s ，t h ev e h i c l ef a i l u r ej u d g m e n ta n dp r o c e s s i n g b e c o m e sm o r ec o m p l i c a t e da n dd i f f i c u l t ，w h i c hb e c a u s et h ec a p a c i t o rh y b r i dv e h i c l e s h a v ea u x i l i a r yp o w e ru n i t sa n dc o n t r o ls y s t e m sh a sc o m p l e xs t r u c t u r e s f o rt h i s s i t u a t i o n ，w en e e dt od e v e l o pf a u l td i a g n o s i ss y s t e mf o r t h ev e h i c l e ，t oa c h i e v eo n l i n e a n do f f - l i n ef a u l td i a g n o s i so p e r a t i o n s t h e r ea r em u l t i p l ep r o t o c o l sw h i c hc a nb e r e f e r r e dt o i s o15 7 6b a s e do nt h ec a nb u si st h el a t e s ti n t e r n a t i o n a lv e h i c l e sf a u l t d i a g n o s i sa g r e e m e n t a c c o r d i n gt oi s o 15 7 6 5p r o t o c o l ，t h i sa r t i c l ew h i c hr e l a t e df i e l d si nt h ef u l ls t u d y o fl i t e r a t u r ea n di n f o r m a t i o no fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l ，a n d s u p p o r t e db yt h e c h i n am a j o rf u n d p r o j e c to f 8 6 3 e n e r g y c o n s e r v a t i o na n dn e we n e r g y v e h i c l e s - - r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fn e wc a p a c i t o rh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ， d e s i g n e da n dd e v e l o p e dt h eo f f - l i n ef a u l td i a g n o s i ss y s t e mo ft h en e wc a p a c i t o r h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e f i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ev e h i c l ef a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t a n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h ed e v e l o p m e n to ff a u l td i a g n o s i ss y s t e m i ta l s oa n a l y s e sa n d c o m p a r e do ft h et e c h n i c a lf e a t u r e sa b o u tc u r r e n td i a g n o s i sp r o t o c o l sc o m m o n l yu s e d i nv e h i c l e s s e c o n d ，i td e s c r i b e dt h ef u n c t i o n a l a n dt e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e ne a c ho t h e ri n d e t a i lo ft h ei s o15 7 6 5p r o t o c o ln e t w o r k l a y e r a n dd i a g n o s i sa p p l i c a t i o nl a y e r i ta l s oi n t r o d u c e dc o m m a n df o r m a ta n df u n c t i o n so f e a c hs e r v i c ei nu d s t h i r d ，t h er e q u i r e m e n to fc a p a c i t o rh y b r i dv e h i c l e si sa n a l y z e da n dt h ed e t a i l e d d e s i g no ft h es y s t e mi sg i v e n ，t h es y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e db a s e do nt h ec o m p l e t i o n o fs y s t e md e s i g n i nt h ec o d e w a r r i o re n v i r o n m e n t ，t h ed i a g n o s t i cp r o t o c o ls t a c k s o u r c ew a sd e v e l o p e db a s e do ni s o15 7 6 5p r o t o c o l ，i n c l u d i n gt h en e t w o r kl a y e r p r o t o c o l s o u r c e c o d e ，t h es e s s i o nl a y e rp r o t o c o ls o u r c ec o d e ，a n dd i a g n o s t i c a p p l i c a t i o nl a y e rp r o t o c o ls o u r c ec o d e p r o t o c o ls o u r c ec o d ei si n t e g r a t e dw i t hv e h i c l e c o n t r o lp r o g r a mi n v c u ，a d d e di nt h ev c uf l a s hp r o g r a m m i n gm o d u l ef o rt h e 江苏大学硕士学位论文 i m p l e m e n t a t i o no fo n l i n ep r o g r a m m i n g b a s e do nm f c ，d i a g n o s t i cs o f w a l ew a s d e v e l o p e do nt h ep c ，w h i c hi su s e df o rc o n t r o l l i n gt h ev c ut oe x e c u t er e l e v a n t d i a g n o s t i cs e r v i c e ，t or e a df a u l tc o d e ，w o r k i n gc o n d i t i o n si n f o r m a t i o n ，u p d a t e sv c u i nt h ec a l i b r a t i o nd a t aa n dc o n t r o lp r o c e d u r e s i nt h el a s tp a r to ft h ep a p e r , f u n c t i o n a lt e s t i n ga n dv a l i d a t i o nw e r ed o n ea b o u tt h e s y s t e mi nl a b o r a t o r yc o n d i t i o n sa n dt h ea c t u a lv e h i c l e a f t e rs u m m a r yo ft h ep a p e r , t h ea u t h o ra l s oh a st h ed e v e l o p m e n tp l a no ft h i ss u b j e c t o f f - l i n ef a u l td i a g n o s i ss y s t e mw h i c hw a sa c h i e v e di nt h i sp a p e rh a db e e nu s e d i nt h ep r o j e c tv e h i c l e t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o nd i s p l a y e dt h a tt h es y s t e mh a dh i g h s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yt om e e tt h ea c t u a ld e m a n do ft h ep r o j e c tv e h i c l e k e yw o r d s ：v e h i c l ef a u l td i a g n o s i s ，d i a g n o s t i cp r o t o c o l ，v e h i c l ec o n t r o l l e ru n i t ， d e s i g na n dd e v e l o p m e n t 1 1 i 江苏大学硕士学位论文 目录 摘里要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 i 1 论文的背景及研究意义1 1 2 汽车故障诊断技术及其发展现状2 1 3 车辆故障诊断协议的发展概况4 1 3 1 故障诊断协议概述4 1 3 2 故障诊断协议的比较8 1 4 论文的主要内容和组织结构9 第二章主要故障诊断协议的技术分析1 l 2 1 i s 0 1 5 7 6 5 的体系结构11 2 2 i s 0 1 5 7 6 5 2 网络层协议分析1 1 2 1 1 网络层协议数据单元np d u 12 2 1 2 网络层数据传输规则1 5 2 1 3 网络层服务接口17 2 1 4 网络层定时一一1 7 2 1 5 网络层错误识别与处理1 9 2 3 i s o14 2 2 9 应用层协议分析2l 2 3 1 应用层服务接口2 l 2 3 2 应用层协议数据单元2 3 2 3 3 应用层诊断服务的报文格式定义2 4 2 3 4 应用层诊断服务的功能描述2 5 2 4i s o1 5 7 6 5 3 应用层协议分析。3 2 2 4 1 应用层和会话层定时参数3 2 2 4 2 应用层与网络层的映射关系3 4 2 4 3i s 0 1 5 7 6 5 诊断c a n 标识符3 4 2 4 4 对e c u 编程操作的规定3 5 2 5 本章小结3 7 江苏大学硕士学位论文 第三章电容车故障诊断原理及系统设计3 8 3 1 电容车故障诊断系统原理一3 8 3 1 1 电容车c a n 网络通信系统原理一3 8 3 1 2 电容车故障诊断的原理3 9 3 2 离线诊断系统需求分析及总体设计4 1 3 2 1 系统的功能需求分析4 1 3 2 2 系统的总体设计4 l 3 2 3 实验窒开发环境的设计4 2 3 3 离线诊断系统分模块设计一4 3 3 3 1p c 端离线诊断软件的设计4 3 3 3 2v c u 端诊断协议栈的设计4 5 3 3 3f l a s h 编程模块的设计4 6 3 4 本章小结4 7 第四章电容车离线诊断系统的实现4 8 4 1 系统的开发过程4 8 4 2 网络层协议栈的实现及测试4 9 4 2 1 网络层协议栈的实现4 9 4 2 2 网络层协议栈测试软件的开发及测试5 1 4 3p c 端诊断软件的实现。5 2 4 3 1 启动界面5 2 4 3 2 登陆界面5 3 4 3 3p c 端诊断软件主界面5 3 4 3 4p c 端诊断软件各功能模块的实现5 4 4 4v c u 会话层及应用层协议栈的实现6 0 4 5v c u 在线编程功能的实现一6 2 4 5 1v c u 中f l a s h 编程模块的实现6 2 4 5 2p c 端诊断软件中在线编程模块的实现6 6 4 6 本章小结6 7 第五章电容车离线诊断系统的应用6 8 5 1 系统的测试一6 8 l l 江苏大学硕士学位论文 5 1 1 软件测试的基本理论及测试方案的选择6 8 5 1 2 系统测试的执行及测试结果6 9 5 2 离线诊断系统的应用7l 5 3 本章小结7 2 第六章总结和展望7 3 6 1 本文的主要- t 作总结7 3 6 2 存在问题及对今后r t 作展望7 3 致谢7 5 参考文献7 6 附录1 ：读研期间发表的论文一7 9 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 故障诊断是车辆电控单元必须具备的功能之一，诊断功能的实现是电控单元 开发过程中的重要内容。故障诊断包括在线诊断和离线诊断两部分，需要完成车 辆故障识别、故障处理、电控单元与外部诊断设备之问的通信等操作。其中，离 线诊断的主要任务是实现电控单元与外部诊断设备之间的诊断通信。为实现不同 厂商之间诊断通信标准的统一，i s o 组织面向不同的车辆总线制定了相对统一的 诊断协议。 1 1 论文的背景及研究意义 为了提高汽车的驾驶安全性、乘坐舒适性、降低排放，各大汽车厂商在新研 发的汽车上应用了越来越多的传感器和电子控制单元( e c u ) ，附加功能的增加使 汽车线束增多，电气连接更加复杂。这种状况使得车辆的诊断和维修变的越来越 困难，许多传统的诊断方法和设备在诊断的准确性、使用方便性等方面都难以适 应现代汽车技术的发展趋势【lj 。为解决这种情况，各大汽车制造商在车辆电子控 制单元中增设了故障诊断系统i 2 j ，通过在汽车的运行过程中不间断的监测电子控 制系统各组成部分的工作情况，从而检测出系统中的大部分故障，并将检测出的 故障以故障代码( d t c ) 的形式存储在e c u 的存储器中。e c u 中的故障诊断系 统可与车外的离线诊断设备进行通信，读取e c u 的工作状态和故障信息，便于 维修人员检测和确定车辆故障。 车辆功能越复杂，电子控制系统就越多，相应的故障诊断工作也就越困难。 本文所涉及的电容式混合动力轿车采用超级电容作为辅助动力来源，与传统汽车 相比增加了超级电容、整车控制器( v c u ) 、启动发电一体机( i n t e g r a t e ds t a r t e ra n d g e n e r a t o r ) 及其控制器，更多机械结构和电子控制单元的引入使得电容式混合动 力汽车在发生故障时，维修人员对故障原因的分析和判断变的异常困难。为解决 这一难题，课题组提出为项目车辆开发故障诊断系统。 自1 9 7 9 年美国通用汽车公司在汽车发动机电控汽油喷射系统中引入故障诊 断系统以来，欧、美、f 1 等国家在汽车电子控制系统中，都普遍增设了故障诊断 功能。国外的汽车诊断技术经过3 0 多年的发展，已经达到了很高的水平，形成 江苏大学硕士学位论文 了较为完善的体系，制订了一系列的诊断标准【3 1 。国外许多著名的汽车生产厂商 和供应商根据已有的诊断标准对此项技术进行了研发，并已将其应用于实际的产 品中。比如，德国v e c t o r 和s o i l i n g 两家公司都已经成功开发出车辆故障诊断系 统的完整解决方案，并进行了很好的商业推广。但是要使用这些商业化的方案， 需要支付高昂的费用，并且因为技术保密的原因对其实现的具体思想根本无从得 知。国内汽车界对汽车电控技术的研发工作起步较晚，目前所采用的电子控制单 元大多仍为国外产品，由于控制单元中源代码的保密性我们对其中的故障诊断系 统了解甚少。 针对这种情况，结合所学专业和实际项目，本文致力于在车辆离线故障诊断 的研究方面做一些工作。通过学习和研究国外已有的诊断标准，借鉴国外的先进 经验，为电容混合动力汽车设计开发具有自主知识产权的车辆离线故障诊断系 统。这对追踪国外的先进技术，提高我国汽车的研发水平，提高国产汽车的市场 竞争力具有积极的意义。 1 2 汽车故障诊断技术及其发展现状 汽车故障诊断是在不对车辆进行解体( 或仅卸下个别部件) 的条件下，确定汽 车技术状况，查明故障部位及对故障原因进行检查和分析【们。随着汽车技术的发 展，特别是电子技术、计算机技术在汽车上的应用，汽车故障诊断从传统的听、 看、闻等凭借经验的诊断方式，发展为以集成化、智能化的诊断设备为手段，以 信息技术为依托的现代汽车故障诊断技术。目前为止，汽车诊断技术的发展经历 了以下几个阶段1 5 , 6 , 7 1 ： 1 ) 凭经验进行诊断的人工检测阶段；2 0 世纪5 0 年代以前对车辆进行故障诊 断主要依靠有一定技术和经验的汽车技工，采用钻地沟、躺躺板的方式，凭听、 看、闻的方法来了解汽车的运行状况，再根据已掌握的实践经验进行汽车故障的 判断。这种原始的诊断方式十分简单，完全依靠检查者的感觉和经验进行。需要 检查者本身具有非常丰富的技术经验，诊断中经常发生失误，是一种费时、费力 且精度不高的诊断方法。但因为不需要设备的投资和昂贵的仪器费用，目前仍然 被广泛采用。 2 ) 利用简单仪器、仪表检测阶段；2 0 世纪5 0 年代初至7 0 年代末，随着科学 2 江苏大学硕士学位论文 技术的进步，汽车的结构日趋复杂，应用的电器设备也在逐步增多。因此，在汽 车故障诊断过程中就必须借助真空表、压力表、万用表和示波器等仪器对相关部 件进行检测，以确定其技术状态、查明故障原因。这些设备的应用使汽车诊断从 “耳听、手摸”的定性阶段逐渐转变为“仪表测量”的定量阶段。但这些设备对 操作人员的技术水平要求很高，应用受到很大限制。 3 ) 自诊断( 在线诊断) 阶段；2 0 世纪7 0 年代末n 8 0 年代初，由于汽车的电子 化程度越来越高，以计算机技术为核心的各种检测手段得到广泛的应用，出现了 车辆自诊断系统。在线诊断是指在汽车运行过程中利用e c u 中的在线诊断系统对 电控系统各部件进行检测，记录并显示检测结果的诊断方法。它具有一系列功能， 比如：有严重故障时向驾驶员报警，存储和显示故障代码，采取容错和应急措施 使系统维持一定水平下的运行等。 1 9 8 1 年到1 9 8 7 年，美国汽车工程师协会( s a e ) 、美国环保署( e p a ) 、加 州空气资源委员会( c a r b ) 一直在致力于制定统一的车载在线诊断系统标准 o b d 。早期的o b di 中所规定的强制性标准较少，各汽车生产厂商可以按照 自己的方式独立设计故障代码、诊断步骤以及诊断系统的工作方式，因此无论在 检测项目、通讯协议、接口标准还是故障代码的定义等方面，不同厂商的产品都 存在着较大的差异，因而也给不同车型的维修工作带来不方便。1 9 8 9 年，c a r b 制定并发布o b di i 标准。与o b di 相比，o b di i 的优势体现在以下几个方面： 统一了汽车内部网络的通信协议；统一了故障诊断接口；扩大了诊断零部件的范 围。目前，基于无线网络的o b di i i 正在加紧制定i 引。 4 ) 车外( 离线) 诊断；为了扩展诊断信息和诊断功能，8 0 年代中后期开始研 究多功能车外诊断仪。车外诊断是指利用仪器对电控系统进行检测和诊断，与随 车诊断的及时特点相比，离线诊断主要特点是功能齐备。把两者有机地结合起来， 相互补充，可充分满足车辆诊断和维修的需要。 实现离线诊断的关键在于如何实现外部诊断设备和e c u 之间的通信机制和 诊断服务，即诊断协议【9 】。诊断协议定义了外部诊断设备和电控单元之间的通信 机制和相关的诊断服务，为离线诊断功能的实现提供了可参考的体系结构，是实 现离线诊断功能的关键技术。 5 ) 集成诊断；随着汽车电子技术的应用和发展，汽车电控系统日趋复杂， 3 江苏大学硕士学位论文 传统的诊断方法和诊断设备在诊断精度、使用方便性和适应性方面难以满足用户 要求。而计算机信息处理技术和人工智能技术为汽车诊断技术的进一步发展创造 了有利条件。故障诊断技术向智能化和信息化方向发展是该阶段的特点。集成诊 断适应时代的发展，通过诊断手段的有机结合，集多种诊断功能于一体，提高了 诊断精度和效率。它的内容包括诊断功能的集成、基于整车的诊断、故障诊断专 家系统、电子信息检索技术、诊断网络等。集成诊断是汽车诊断系统新的发展趋 势和发展方向i j 。 综上所述，当前整车厂和供应商多采用在线诊断与离线诊断相结合的诊断方 法构建故障诊断系统。在线诊断通过e c u 内部软硬件实现自诊断，在汽车运行 过程中，自诊断系统实时监控车辆各组成部分的工作状态，从而检测车辆运行过 程中出现的故障。自诊断系统一方面将检测出的故障通过一定的方式( 比如报警 指示灯) 向驾驶员发出警告，另一方面将故障代码及相关数据存入e c u 存储器。 离线诊断通过外部诊断设备读取相应的诊断信息，实现诊断操作。此外，离线诊 断还应当具备实时工况监控、在线编程等功能【】。 1 3 车辆故障诊断协议的发展概况 诊断协议用于规定车辆电控单元与外部诊断设备之间进行数据交换的方式， 是实现离线诊断的关键。早期的诊断协议由各汽车厂商自行制定，随着故障诊断 技术的发展，9 0 年代开始诊断标准逐渐被统一【1 2 j 。目前最常用的故障珍断协议 根据其制定组织的不同可分为两大体系：美国机动车工程师协会( s a e ) 体系、国 际标准化组织( i s o ) 体系。s a e 体系下包含j 1 8 5 0 、j 1 9 3 9 等诊断协议，主要被北 美各大汽车厂商采用；在欧洲多采用i s o 体系下的诊断协议。在我国，s a e 体 系多被应用于商用车的故障诊断，乘用车上采用i s o 体系。根据国标g b t 3 7 3 0 1 - 2 0 0 1 的定义【1 3 】，本文所涉及车辆属于乘用车的范畴，所以本文只对i s o 体系下的诊断协议进行分析研究。 1 3 1 故障诊断协议概述 早期的汽车故障诊断系统是通过专用的诊断通信链路来建立一套较为独立 的诊断网络，外部诊断设备通过诊断网络与e c u 进行数据交换。i s 0 9 1 4 1 和 i s 0 1 4 2 3 0 是应用最为广泛的两类诊断协议【1 4 ，1 5 】。 4 江苏大学硕士学位论文 一、i s o9 1 4 l l s 0 9 1 4 l 协议包括i s 0 9 1 4 l l i s 0 9 1 4 1 3 ，i s 0 9 1 4 1 一l 对协议中的术语 进行了解释，介绍了e c u 以及诊断仪应具备的硬件功能，规定了诊断系统对e c u 和诊断仪的硬件需求以及各信号的电压电平，字节和消息块传送需要间隔的时 间。l s 0 9 1 4 l 一2 具体给出了e c u 和诊断仪之间的通信规范，通信的消息结构， 初始化方法、头子节的结构和时问特性，并给出了诊断仪的软件功能要求和电气 规格。i s 0 9 1 4 l 一3 给出了测试方法、测试设备及测试步骤【1 6 1 7 ，嘲。 i s 0 9 1 4 1 是一种基于k 线、l 线( 可选) 的诊断标准，适用于对采用1 2 v 电压 系统的车辆进行诊断，可满足o b di i 的要求。德国a u d i 、v o l k s w a g e n ( 大众) 、 b m w ，英国b e n t l e y ( 宾利) ，日本m a z d a 、n i s s a n 和美国d a i m l e r - c h r y s l e r 等许多 知名汽车公司都曾经使用i s 0 9 1 4 1 进行汽车故障诊断。i s 0 9 1 4 1 制定的时间比较 早，所能实现的诊断服务比较有限，随着人们对车辆诊断内容需求的不断增长， 新的诊断协议被提上开发日程。 二、i s 0 1 4 2 3 0 i s 0 1 4 2 3 0 在i s 0 9 1 4 1 的基础上对诊断服务进行了扩展与完善，丰富了大量的 诊断内容。与i s 0 9 1 4 1 一样，i s 0 1 4 2 3 0 在物理连接上也是基于k 线、l 线( 可选) ， 需要设置单独的诊断网络。1 9 9 7 ，美国c a d i l l a c 公司就已经使用此诊断协议进行 汽车的故障诊断。随后，世界各大车辆生产商相继进入从i s 0 9 1 4 1 向i s 0 1 4 2 3 0 转 轨的阶段，如德 v o l k s w a g e n 和英 b e n t l e y 等公司。 如图1 1 所示，根据开发系统互连( o p e ns y s t e m si n t e r c o n n e c t i o n ，o s i ) 的 七层基本参考模型1 9 】，i s 0 1 4 2 3 0 从整体结构上将诊断通信系统分为三层1 2 0 , 2 1 , 2 2 】： ( 1 ) 物理层，由i s 0 1 4 2 3 0 1 描述。这部分描述了系统的信号和电气特性， 用于配置硬件系统，指导接口电路的设计。i s 0 1 4 2 3 0 的物理层是对i s 0 9 1 4 1 2 中相关规定的扩展，可用于1 2 v 或者2 4 v 电压系统车辆的诊断。 ( 2 ) 数据链路层，由i s 0 1 4 2 3 0 2 描述；这部分定义了e c u 和诊断仪通信时 的通用要求，包括报文格式、初始化过程、通信连接管理、时序控制和错误处理 等内容。数据链路层主要解决相邻两个节点间的通信问题，它负责将源节点的数 据传输到目的节点。发送报文时，数据链路层从应用层获取诊断数据，将其拆分 为适合k 线传输的报文；接收报文时，数据链路层从物理层获取原始的比特流， 5 江苏大学硕士学位论文 将其重组为报文，并提供给应用层。 ( 3 ) 应用层，由i s 0 1 4 2 3 0 3 描述。应用层从数据链路层获取接收到的请求 报文，按照i s 0 1 4 2 3 0 3 定义的服务标识符编码和诊断服务请求中规定参数的编 码格式，对报文进行处理，并为诊断应用提供相应的服务，最终形成肯定或否定 响应，触发链路层发送响应消息。同时应用层还提供了时序处理功能，用于管理 报文之问的定时参数。 、五渗断数据途毋栩l - 服务请求 服务响应 1 r 服务确认 ，r服务指示 罗獬 驴4 1 | 。：q “! 。一? i _ 谂娠嫒套o ：r 。；i 。“鼍翟“豫 静o。冀鞋f 。1、0 习 黔 | | 【l ：数挺链路1 数挺链路2 一数据链路3 ，f数据链路一 蚕、 铉勉赫力；磊爱i 骥，每盎囊。碗荔瓤。氡芬避：；i 獭 球示按( 第6 层) ” “ 鬻 鹪 i 会话扶( 第5 鹾) 鬟 l ；： ：传输层( 第4 层) i爹i ，嬲络层第3 层) 喜 l ：鬟 扩+， 缈獠黟秭 鬓臻：移删鸳 澎骡缈飘：锄鬻黟嘲 、 ! 数据链路屡，j 孙。 ”* 童第2 层)，溺 毙：幺 i i i ，7 警 鸶：鬃 矿。麓： 旋p 一二 、t 。诒 霉 鬻 甑：。! i ” 、黪t 篓7冀 锄 “? ? 、x 筝 睡 翳 莲黝璺如藏曩瓿黛巍盛 箬： 。 7 ， 一端 ，臻 缀绂臻荔荔碱翊 l 女蠢瓿玖荔簇磊； 旌；施i 磊巍；疵渤 服务定义 执行 6 到3 层在 l s o l 4 2 3 0 中未定义 通信 物理层 图1 1l s 0 1 4 2 3 0 协议在o s i 模型上的映射 f i g i 1m a p p i n go f l s 0 1 4 2 3 0o no s im o d e l 在这三层结构中，每一层都是要利用其下层提供的服务来为其上层提供服 务。上下层之间是通过请求原语、确认原语、指示原语和响应原语建立诊断连接。 每层都有服务访问接口，可以通过在服务访问接口处交换数据信息来使用这些服 务。这样，上下层之间就建立起相关服务的连接，三层结构就形成了一个完整的 诊断通信网络实体。 i s 0 1 4 2 3 0 通过对i s 0 9 1 4 1 的扩展，丰富了故障诊断服务的内容，协议适用的 车辆电压范围也从单一1 2 v 扩展到1 2 v 和2 4 v 电压系统。但随着车辆技术的发展， 一些新的弊端又开始困扰车辆珍断技术的进步，这主要包括： ( 1 ) 基于i s 0 9 1 4 1 和i s 0 1 4 2 3 0 实现的诊断系统，为实现诊断数据的传输需 要在车辆上架设专门的诊断网络。专用诊断网络的增加，一方面增加了 车辆的成本，另一方面增加了车辆布线的难度、增加故障发生的几率。 ( 2 ) k 线在传输速率、传输距离、可连接的最大节点个数方面存在很大的不 6 江苏大学硕士学位论文 足。比如i s 0 1 4 2 3 0 1 中规定，通常情况下k 线上允许的最大数据传输 速率为1 0 4 k b s ，随着诊断系统对诊断内容、诊断数据传输的实时性 等需求的增加，诊断系统应当具备更高的数据传输速率。 三、l s o l 5 7 6 5 和u d s 随着c a n 总线在车辆上应用的普及，当今诊断系统的发展趋势是利用车辆 c a n 总线建立诊断通信。外部诊断设备通过c a n 网络，控制各个子系统控制器 中的诊断模块对相应的子系统进行诊断和测试。其优点是省去了单独的车辆诊断 网络，简化了车辆布线，降低了车辆成本，也提高了c a n 总线的负载。目前在 欧洲，新生产的乘用车正在开始全面使用基于c a n 的故障诊断接口，所使用的 故障诊断标准也已被制定为国际标准一i s 0 1 5 7 6 5 。i s 0 1 5 7 6 5 是一种基于c a n 总 线车辆故障诊断协议，规定了诊断系统相应的物理层、传输层、数据链路层、应 用层以及诊断服务的实现方法。因其符合当前诊断标准的发展趋势，已经开始被 越来越多的车辆生产商采用，j 下在逐步代替i s 0 9 1 4 1 和i s 0 1 4 2 3 0 协议成为汽车行 业的通用诊断标准【2 3 】。 c a n 2 0 规范在开放系统互连模型o s i 上定义了c a n 的物理层和数据链路层 标准【2 4 】，国际标准化组织i s o 通过对c a n 2 0 规范的进一步标准化制订了 i s 0 11 8 9 8 协议。在实际应用中，c a n 通信的实现通常需要更高层协议的支持。 比如a s a m 组织制定的c a n 标定协议c c p ，s a e 组织制定的j 1 9 3 9 协议等。 i s 0 1 5 7 6 5 协议可以被看作针对车辆故障诊断系统制定的c a n 高层协议。 戮缓缀獭缓黝缓缓缀 黧 应用层 笙 弱诊断服务隧6 5 - 3 睡 瑷 表示层 霪 黪7 = 一y。绩 会话层 鍪 毵j 如，。二j 如。鬃 传输层 露 蚕1 网s o 络1 层5 7 j j 6 砹5 务- 2 鬟 覆 网络层 缓 塑i s 0 1 1 8 9 8 2 壤 纛 荔 数据链路层 墅 雾 物理层 霪 鳓麴凝麓鳓缀缓糍黝霪 o s i 七层模型 i s o i5 7 6 5 体系结构 图1 21 s 0 1 5 7 6 5 协议在o s i 模型中的映射关系 f i g 1 2m a p p i n go f1 s o 15 7 6 5o no s im o d e l i s 0 1 5 7 6 5 协议的目标是为基于c a n 总线实现的车辆故障诊断系统定义一组 统一的需求。如图1 2 所示，i s 0 1 5 7 6 5 依据o s i 模型的分层结构在i s 0 1 1 8 9 8 协议规 7 江苏大学硕士学位论文 定的c a n 物理层与数据链路层基础之上，定义了故障诊断系统网络层通信和应 用层服务相关的内容。其中，i s 0 1 5 7 6 5 - 4 协议规定了与排放相关的诊断系统要求； i s 0 1 5 7 6 5 3 协议确定了诊断服务层与o s i 模型应用层的映射关系，规定了应用层 定时参数、网络层接口、诊断服务格式等信息；i s 0 1 5 7 6 5 2 确定了诊断系统网络 层服务与o s i 模型的网络层和传输层的映射关系，规定了网络层协议数据单元 np d u 与底层c a n 数据帧、应用层协议数据单元ap d u 之间的映射关系，通过 网络层可对长报文进行分段传输，网络层为分段传输过程提供了时间管理、流控 制和错误处理机制。 i s 0 15 7 6 5 协议舰定了诊断命令格式，但并没有规定诊断服务内容( 除了 i s 0 1 5 7 6 5 4 中与o b d 相关的命令) ，这就使得应用者在i s 0 1 5 7 6 5 协议框架下，需 要根据实际需求设计相关诊断服务。i s 0 1 5 7 6 5 3 协议中定义的应用层服务与 i s 0 1 4 2 2 9 和i s 0 1 5 0 3 1 5 中定义的诊断服务相一致。i s 0 1 5 7 6 5 协议也可采用其它 相关国际标准定义的诊断服务来实现，例如可采用i s 0 1 4 2 3 0 协议中规定的故障 诊断服务【2 5 】。 车辆故障诊断协议i s 0 1 4 2 2 9 ( r o a dv e h i c l e s u n i f i e dd i a g n o s t i cs e r v i c e s ) ， 简称u d s ，于2 0 0 6 年由国际标准化组织下的车载电气电子设备分委员会制定【2 6 1 。 u d s 协议为车辆故障诊断提供统一的诊断需求，来满足基于不同串行数据链路实 现的故障诊断系统。i s 0 1 4 2 2 9 协议的诊断服务可满足基于不同数据链路制定的 故障诊断系统的实际应用，比如基于k 总线的i s 0 1 4 2 3 0 协议、i s 0 9 1 4 1 协议和基